详细地介绍聚丙烯酰胺特点,针对反相微乳液这种合成方法展开重点讨论,并总结聚丙烯酰胺在油田中的应用,最后对聚丙烯酰胺的发展前景作出预测。
聚丙烯酰胺(简称PAM)是一种线型的水溶性聚合物,是水溶性高分子中应用最广泛的品种之一。由于其特殊的物理化学性质,国内外的合成技术日趋成熟,在钻井液增粘剂、油田调剖堵水、提高原油采收率、做驱油剂以及油田污水处理当中广泛使用。
1聚丙烯酰胺的特点
聚丙烯酰胺是丙烯酰胺(AM)均聚或与其它单体共聚而成的质量分数在50%以上的线型水溶性高分子化学品的总称。由于PAM结构单元中含有的酰胺基之间易形成氢键,使得其具有良好的水溶性和高化学活性,可通过接枝、交联等反应得到多种衍生物,是目前公认的使用效果好,价格便宜的聚合物。
PAM为白色玻璃状固体,是无定形结构,对热较稳定,其固体在220~230℃才软化,水溶液在中性无氧条件下150℃发生明显降解,溶解性较好,可溶于水、醋酸和乙二醇,可制成干粉,油包水、水包水反相乳液或微乳液。PAM水溶液具有粘度高、与表面活性剂能共存,但抗剪切性能低,易降解。
2反相微乳液聚合
反相微乳液聚合是油、水、活性剂、助活性剂在适当比例自发形成的透明或半透明的稳定体系,是增溶了的油或水的胶束溶液。在微乳液聚合过程中,乳化剂和引发剂的选择是关键所在。
滕大勇等以单体含量为40%微乳液体系在引发剂浓度为2g/L,温度40℃的条件下持续反应1h后,制得了固含量37%、相对分子质量12.8×106的稳定、速溶的聚丙烯酰胺微乳液。
李文兵等以Span60为乳化剂,环己烷为油相,K2S2O8-NaHSO3为引发剂,用正交试验法研究了AM反相微乳液聚合。在最佳聚合条件下,可合成相对分子质量高达13×106速溶的PAM。
李晓等在40~50℃下,将复合乳化体系的亲水/憎水平衡值控制在8.33附近;添加适量的醋酸钠,可以维持反相微乳液聚合体系在较长的时间处于均一稳定状态,最终相平衡时微乳液相分率可达0.95以上。
徐生等以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和丙烯酰胺(AM)为单体,Span-80和Tween-60为复合乳化剂,液体石蜡为连续相,采用反相微乳液聚合方法,在氧化还原引发体系下,制备了AM/DMDAAC阳离子型共聚物(PAM-DMDAAC),共聚物特性粘数可达1.8124L/g。
张素霞等以过硫酸铵-亚硫酸氢钠为引发剂,在单体浓度30%,PH值为1,引发剂浓度0.1%,反应温度35℃,氧化还原比为1.0∶0.8的条件下能得到特性粘度为16.20dL/g、相对分子量为1.06×107的聚丙烯酰胺。
杨开吉等制备了稳定的二甲基二烯丙基氯化胺(DADMAC)/丙烯酰胺(AM)/丙烯酸(AA)反相微乳液聚合体系,并在最佳油相为环己烷、最佳乳化体系为Span80-Tween60复配乳化剂、w(DADMAC)=50%、最小乳化剂用量为w(乳化剂)=17.75%、最佳亲水亲油平衡值为7.48,油相与乳化体系的质量配比范围为3∶7~7∶3,单体溶液加入量不大于体系质量的33.33%的条件下利用反相微乳液聚合方法引发聚合制得了可用作助留剂的微粒型两性聚丙烯酰胺。
3聚丙烯酰胺在油田的应用
聚丙烯酰胺(PAM)是一种用途广、效能高的水溶性高分子聚合物。在通过接枝或交联后易得到支链或网状结构的多种改性物而被广泛应用于油田调剖堵水、聚合物驱、钻井液增粘剂、采出污水处理等。
3.1调剖堵水
当油层剖面上非均质状况比较严重时,会产生水浸问题,则需要对油层进行调剖堵水。调剖堵水的实质是改变水在地层中的渗流状态,以达到减少油田产水、保持地层能量、提高油田最终采收率的目的。
周江华等通过在聚丙烯酰胺体系中引入少量的辅助剂环氧树脂,不仅增强了体系的稳定性,而且体系的强度也明显升高,改善了调剖堵水的性能。
秦涛等研制以阳离子聚丙烯酰胺为主剂的凝胶型堵剂,认为堵剂在高温高盐条件下具有强度高、热稳定性好、有效期长等优点,将其应用在文东油田高温高盐油藏,起到了很好的增油降水效果。
3.2聚合物驱油
聚合物的驱油机理是因为聚合物水溶液的粘度比水大得多,增加注入剂的粘度,降低水相渗透率,从而提高采油效率。
刘柏林等通过引入刚性基团合成了丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/N-乙烯基-2-吡咯烷酮三元共聚物,研究表明该共聚物的耐温抗盐性较好。
于洪江等以质量分数为25%的丙烯酰胺(AM)、20%的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和1%甲基丙烯酸十八酯为单体,浓度为0.4%过硫酸钾(K2S2O8)-亚硫酸氢钠(NaHSO3)为氧化还原引发体系,Span60为乳化剂,煤油为分散相,在温度为53℃,pH值为1.0条件下进行反相微乳液聚合。结果表明:聚合物表现出良好的耐温抗盐性能。
3.3作钻井液增粘剂
钻井液增粘剂能在低固相钻井中用来提高钻井液粘度和控制钻井液流变性能,并能防止发生井漏和坍塌,提高钻井液的携岩能力。
姚杰等以苯乙烯磺酸钠(SSS)、丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为单体,失水梨醇单甘油酯(Span80)和失水山梨醇油酸酯聚氧乙烯醚(Tween80)为复合乳化剂,环己烷为油相,(NH4)2S2O8、NaHCO3为引发剂,采用反相微乳液聚合方法,合成SSS/AA/AM三元共聚物,研究结果表明此共聚物钻井液具有良好的降虑失、耐温、抗污染能力。
武学芹等在室温下通过苯胺的酰基化合成疏水单体,然后在40℃、通氮气的条件下,依次加入表面活性剂、疏水单体、AMPS以及引发剂等,搅拌条件下反应3h后得到的聚合物的抗温能力超过180℃,能够满足不同区块不同地质特征钻井的需求。
3.4油田污水处理
聚丙烯酰胺及其衍生物是一类重要的合成有机高分子絮凝剂。与传统无机絮凝剂相比,聚丙烯酰胺有着品种多、絮凝效率高、生成泥渣少等优点。
冯玉军等以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂在水溶液中制备出质量分数0.2的阳离子聚丙烯酰胺“水包水乳液”,在处理胜利辛一联含油426.5mg/L、矿化度51347mg/L的含铁污水,去浊率高、絮凝效果好。
4结语
目前我国的大部分油田开采已进人了中后期,综合含水率高,高温和高盐油藏多。虽然反相微乳液聚丙烯酰胺有着固体含量高、溶解快、粒径小且均一,而且体系高度稳定等特点,但却存在抗剪切能力差、耐温抗盐差的缺点。
1)为了提高聚合物降低油水界面张力的能力,提高采收率,可采用具有驱油作用的表面活性剂作为反相微乳液乳化剂。
2)为了提高聚合物的抗温耐盐性能,可通过在聚合物的侧链上接上具有特定功能的基团。
3)微乳液聚合体系中,单体质量分数都较低(<10%),这无疑阻碍了微乳液聚合的工业化生产,必须寻找新的聚合体系提高体系中单体含量。
4)乳化剂和助乳化剂用量太多,导致生产成本升高且助乳化剂多对聚合反应有链转移的作用,使产物的分子量下降。为解决这一问题,人们正在试图寻找高效的乳化剂以及具有乳化性能的单体。
5)为了解决剪切降解问题,可采用增加注入浓度、加入交联剂或地下合成等方法。目前的发展方向是通过共聚合方法,在聚丙烯酰胺分子中引入带支链的链节,提高其刚性,从而提高其抗剪切能力。
反相微乳液聚丙烯酰胺作为聚丙烯酰胺中重要的一种,相信未来它一定会在油田开发中发挥更重要的作用。
聚丙烯酰胺在钻井液增粘剂、油田调剖堵水、提高原油采收率、做驱油剂以及油田污水处理中的应用。
评论
8 views